Натурные измерения капиллярных волн на морской платформе

Экспериментальные исследования влияния капиллярных волн на рассеяние микроволнового излучения на морской поверхности важно для многих задач дистанционного зондирования Земли из космоса. Необходимым элементом таких исследований является дистанционные натурные измерения параметров капиллярного волнения. Такие измерения трудно реализуемы в натурных условиях из-за малых размеров капиллярных волн и субмиллиметровых амплитуд возникающих колебаний. В докладе представлен оригинальный метод регистрации параметров капиллярных колебаний на базе лазерного волнографа, разработанного в РТУ МИРЭА [1]. Метод основан на анализе деформаций лазерного луча, который в морской воде распространяется прямолинейно, но при регистрации в видеокамере преломляется через взволнованную морскую поверхность [2]. Лабораторные исследования искажений лазерного луча, преломленного на капиллярной гребенке, показали, что по форме и ориентации регистрируемых искажений на видеокадрах можно определить как направление и величину волнового вектора капиллярных волн, так и их форму амплитуду.
Проведены расчеты, показавшие, что обратная задача восстановления параметров волнения по изображениям лазерных лучей, падающих на морскую поверхность сверху вниз, для капиллярных волн замыкается, что позволяет провести однозначное решение [3]. Это позволяет связать амплитуду искажений лазерного луча с уклонами капиллярных волн и их амплитудой. Лабораторные измерения подтвердили корректность решения обратной задачи при сравнении результатов с данными прямых измерений параметров волнения.
В докладе приводятся данные натурных измерений капиллярных волн, проведенных на Стационарной океанографической платформе Морского гидрофизического института РАН в пгт. Кацивели. Достоинством предложенного метода является его дистанционный характер и высокая чувствительность к даже самым малым искажениям поверхности. В частности в натурных измерениях, получено, что метод позволяет регистрировать капиллярные колебания амплитудой менее 50 мкм с расстояния 5-8 метров.
Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта РНФ № 23-17-00189.